ويكيبيديا

كفاءة حرارية: الفرق بين النسختين

تصفح التاريخ تفاعلياً
[مراجعة غير مفحوصة][مراجعة غير مفحوصة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
لا ملخص تعديل
وسم: تعديل مصدر 2017
سطر 41:
 
عند النظر إلى كفاءة المحركات فإننا نجد أنها أقل بكثير من كفاءة كارنو فالكفاءة المتوسطة للمحركات نجدها أقل من 35%. تنطبق نظرية كارنو على دورات الديناميكا الحرارية حيث تتحول الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي. عند النظر إلى الأجهزة التي تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية نجد أن كفاءتها تكون أكبر من كفاءة كارنو.<ref name="Sharma">{{cite book|last=Sharma|first=B. K.|title=Electro Chemistry, 5th Ed.|publisher=Krishna Prakashan Media|date=1997|location=|pages=E-213|url=https://books.google.com/books?id=ztJ2tdO3YlAC&pg=SL5-PA213&dq=carnot's|doi=|id=|isbn=8185842965}}</ref><ref name="Winterbone">{{cite book|last=Winterbone|first=D.|author2=Ali Turan|title=Advanced Thermodynamics for Engineers|publisher=Butterworth-Heinemann|date=1996|location=|pages=345|url=https://books.google.com/books?id=8g-tsyIaK50C&pg=PA345|doi=|id=|isbn=0080523366}}</ref>
===Engineكفاءة cycleدورة efficiencyالمحرك===
'''دورة كارنو''' هي دورة انعكاسية ولذلك فهي تمثل الحد الأعلى لكفاءة دورة المحرك. دورات المحركات هي دورة غير انعكاسية ولذلك فإن كفاءتها تكون أقل من كفاءة كارنو عندما تعمل بين نفس درجات الحرارة <math>T_H\,</math> و<math>T_C\,</math>. واحد من العوامل التي تؤثر على الكفاءة هي كيفية إضافة الحرارة إلى المائع العامل في الدورة وكيفية إزالتها. تحقق دروة كارنو الحد الأقصى للكفاءة لأن الحرارة المضافة تضاف عند درجة الحرارة العظمى<math>T_H\,</math> ويتم إزالتها عند درجة الحرارة الدنيا <math>T_C\,</math>. في محركات الاحتراق الداخلي فإن درجة حرارة خليط الهواء والوقود في الأسطوانة تكون بالقرب من درجة الحرارة العظمى عند حرق الوقود وتصل إلى درجة الحرارة العظمى فقط عند حرق كل الوقود لذلك فإن درجة الحرارة المتوسطة للحرارة المضافة تكون أقل وبالتالي تقل الكفاءة.
The Carnot cycle is [[Reversible process (thermodynamics)|reversible]] and thus represents the upper limit on efficiency of an engine cycle. Practical engine cycles are irreversible and thus have inherently lower efficiency than the Carnot efficiency when operated between the same temperatures <math>T_H\,</math> and <math>T_C\,</math>. One of the factors determining efficiency is how heat is added to the working fluid in the cycle, and how it is removed. The Carnot cycle achieves maximum efficiency because all the heat is added to the working fluid at the maximum temperature <math>T_H\,</math>, and removed at the minimum temperature <math>T_C\,</math>. In contrast, in an internal combustion engine, the temperature of the fuel-air mixture in the cylinder is nowhere near its peak temperature as the fuel starts to burn, and only reaches the peak temperature as all the fuel is consumed, so the average temperature at which heat is added is lower, reducing efficiency.
 
هناك عامل مهم يؤثر على كفاءة المحرك الحراري وهو نسبة الهواء إلى الوقود في الخليط ''γ. تقريبا تكون هذه النسبة 1.4 مع أنواع الوقود المختلفة. هذه النسبة يتم استخدامها في معادلات دورة المحرك وعند افتراض هذه النسبة فإنها تسمى دورة الهواء القياسية.''
An important parameter in the efficiency of combustion engines is the [[specific heat ratio]] of the air-fuel mixture, ''γ''. This varies somewhat with the fuel, but is generally close to the air value of 1.4. This standard value is usually used in the engine cycle equations below, and when this approximation is made the cycle is called an ''air-standard cycle''.
 
*'''Otto cycle: automobiles''' The [[Otto cycle]] is the name for the cycle used in spark-ignition [[internal combustion engine]]s such as gasoline and [[hydrogen fuel]]ed [[automobile engine]]s. Its theoretical efficiency depends on the [[compression ratio]] ''r'' of the engine and the [[specific heat ratio]] ''γ'' of the gas in the combustion chamber.<ref name="Holman"/>{{rp|558}}
'''دورة أوتو''': تطلق [[دورة أوتو]] على الدورات التي تستخدم الإشعال في [[محرك احتراق داخلي|محركات الاحتراق الداخلي]] مثل مركبات الجازولين ووقود الهيدروجين.<ref name="Holman" /> تعتمد كفاءته النظرية على نسبة الانضغاط r للمحرك ونسبة الخليط ''γ في غرفة الاحتراق.''
:<math>\eta_{th} = 1 - \frac{1}{r^{\gamma-1}}\,</math>
:من هذه العلاقة نجد أن الكفاءة تزداد مع زيادة نسبة الانضغاطولكن هذه النسبة لها حدود وذلك لتجنب حدوث الطرق بداخل المحرك. تمتلك المحركات الحديثة نسبة انضغاط تتراوح بين 8 إلى 11 وتكون كفاءة الدورة المثالية 56% إلى 61%.
:Thus, the efficiency increases with the compression ratio. However the compression ratio of Otto cycle engines is limited by the need to prevent the uncontrolled combustion known as [[Engine knocking|knocking]]. Modern engines have compression ratios in the range 8 to 11, resulting in ideal cycle efficiencies of 56% to 61%.
'''دورة ديزل''': تستخدم هذه الدورة في [[محرك ديزل|محركات القطارات والشاحنات الكبيرة]] حيث يشتعل الوقود ذاتيا عند انضغاطه في الأسطوانة. تعتمد الكفاءة أيضا على r و ''γ كما هو الحال في دورة أوتو.<ref name="Holman" /> بالإضافة إلى ذلك فإن هناك عامل آخر وهو نسبة القطع r<sub>c وهو النسبة بين حجم الأسطوانة عند البداية وعند نهاية شوط الاحتراق.</sub>''
*'''Diesel cycle: trucks and trains''' In the [[Diesel cycle]] used in [[diesel engine|diesel truck and train engines]], the fuel is ignited by compression in the cylinder. The efficiency of the Diesel cycle is dependent on ''r'' and ''γ'' like the Otto cycle, and also by the ''cutoff ratio'', ''r<sub>c</sub>'', which is the ratio of the cylinder volume at the beginning and end of the combustion process:<ref name="Holman" />
:<math>\eta_{th} = 1-\frac{r^{1-\gamma}(r_c^\gamma - 1)}{\gamma(r_c - 1)} \,</math>
:عندما نقارن بين كفاءة دورة ديزل ودورة أوتو نجد أن كفاءة ديزل أقل من أوتوعند نفس نسبة الانضغاط. ولكن كفاءة محركات الديزل تكون أكبر من كفاءة محرك الجازولين بنسبة تصل إلى 30 أو 35%. هنا تكون نسبة الانضغاط كبيرة وذلك للوصول للضغط المطلوب كي يحدث عنده الأشتعال الذاتي ولذلك تكون النسبة أكبر منها في دورة أوتو.<ref name="FEG">{{cite web|last=|first=|authorlink=|title=Where does the energy go?|work=Advanced technologies and energy efficiency, Fuel Economy Guide|publisher=US Dept. of Energy|year=2009|url=http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml|doi=|accessdate=2009-12-02}}</ref>
:The Diesel cycle is less efficient than the Otto cycle when using the same compression ratio. However, practical Diesel engines are 30% - 35% more efficient than gasoline engines.<ref name="FEG">{{cite web
'''دورة رانكن''': تستخدم [[دورة رانكن]] في محطات القدرة البخارية. المائع العامل في هذه الدورة هو الماء ويتحول من الحالة السائلة للبخارية ومرة أخرى للسائلة ولذلك فإن الكفاءة تعتمد على خواص الديناميكا الحرارية للماء. تصل الكفاءة الحرارية في محطات العنفة البخارية إلى 47% وتصل إلى 60% في المحطات التي تكون مركبة وتحتوي على عنفة بخارية تستمد حرارتها غازات العادم الناتجة من عنفة غازية.<ref name="Holman" />
| last =
| first =
| authorlink =
| title = Where does the energy go?
| work = Advanced technologies and energy efficiency, Fuel Economy Guide
| publisher = US Dept. of Energy
| year = 2009
| url = http://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml
| doi =
| accessdate = 2009-12-02}}</ref> This is because, since the fuel is not introduced to the combustion chamber until it is required for ignition, the compression ratio is not limited by the need to avoid knocking, so higher ratios are used than in spark ignition engines.
*'''Rankine cycle: steam power plants''' The [[Rankine cycle]] is the cycle used in steam turbine power plants. The overwhelming majority of the world's electric power is produced with this cycle. Since the cycle's working fluid, water, changes from liquid to vapor and back during the cycle, their efficiencies depend on the thermodynamic properties of water. The thermal efficiency of modern steam turbine plants with reheat cycles can reach 47%, and in [[combined cycle]] plants, in which a steam turbine is powered by exhaust heat from a gas turbine, it can approach 60%.<ref name="Holman" />
*'''Brayton cycle: gas turbines and jet engines''' The [[Brayton cycle]] is the cycle used in [[gas turbine]]s and [[jet engine]]s. It consists of a compressor that increases pressure of the incoming air, then fuel is continuously added to the flow and burned, and the hot exhaust gasses are expanded in a turbine. The efficiency depends largely on the ratio of the pressure inside the combustion chamber ''p<sub>2</sub>'' to the pressure outside ''p<sub>1</sub>''<ref name="Holman" />
:<math>\eta_{th} = 1 - \bigg(\frac{p_2}{p_1}\bigg)^\frac{1-\gamma}{\gamma} \,</math>▼
 
 
'''دورة برايتون''': تستخدم [[دورة برايتون]] في [[العنفة الغازية ذات الدورة المغلقة|العنفة الغازية]] و<nowiki/>[[محرك نفاث|المحرك النفاث]]. تتكون هذه الدورة من ضاغط لزيادة ضغط الهواء القدام ويتم إضافة الوقود باستمرار مع الهواء لإتمام عملية الحرق ومن ثم يتم عمل تمدد للغازات الناتجة داخل العنفة الغازية. تعتمد الكفاءةبشكل كبير على نسبة الانضغاط بين ''p<sub>2</sub>'' و''p<sub>1.<ref name="Holman" /></sub>''
▲:<math>\eta_{th} = 1 - \bigg(\frac{p_2}{p_1}\bigg)^\frac{1-\gamma}{\gamma} \,</math>
== تأثير سرعة دوران المحرك==
السرعة التي يحدث عندها أقصي عزم دوران و أقصي [[كفاءة حجمية]] تكون السرعه التي يحدث عندها أقصي كفاءة حرارية.
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/wiki/كفاءة_حرارية»